期刊观察--生物电磁学中的植入式天线

1、生物医学工程和无线技术

生物医学工程和无线技术的巨大发展提高了我们对人体电气系统和相关现象的了解。这些重要趋势不仅彻底改变了医疗保健系统，而且还通过使用植入式无线医疗设备 （IWMD） 将面对面住院转变为远程监控，改善了患者的生活方式。使用 IWMD 的典型医疗保健应用包括视网膜假体、神经记录和刺 激、颅内压测量、胶囊内窥镜检查、通过刺 激/早期检测预防中风、血糖/葡萄糖水平监测、低通气综合征诊断、癌症治疗、听力损失恢复以及血管内跟踪和智能传感。IWMD 应用程序可分为四个子类别：监测、遥测、刺 激和治疗。这些应用程序的过程从 IWMD 收集数据并将这些数据无线传输到身体设备或接收来自外部控制器到 IWMD 的无线命令开始。作为前端射频组件，植入式和可摄取天线由于其继承的无线性能，在控制 IWMD 的运行中起着至关重要的作用。因此，这些 IWMD 的性能完全取决于植入式天线的敏锐性能。如果植入式天线无法发挥作用，IWMD 就会变得毫无用处，从而危及患者的生命。

2、医疗器械无线电频段

医疗器械无线电频段MedRadio：401-406、413-419、426-432、438-444、451-457 MHz;

医疗植入物通信系统频段MICS：402-405 MHz;

工业、科学、医学频段ISM频段：433.1-434.8、868-868.6、902.8-928、2,400-2,438.5 MHz;

3、植入式和可摄取天线

用于植入式和可摄取天线类型：单极子、偶极子、环路、贴片和平面倒 F 天线;

小型化策略：螺旋形状、蜿蜒线、堆叠贴片、使用高介电常数基板和超层、短接引脚和开放式接地槽；

1、成像技术

磁共振成像 （MRI） 提供了成像对象的定量细节，因为在共振频率下会产生强大的电磁场, 最近提出了 MRI 的天线设计。深部血管成像和结构信息对于致命疾病至关重要，例如血管斑块和颅内脑动脉瘤。然而，这些血管的成像分辨率极低。MRI 中使用的植入式和可吞咽天线称为微线圈 （MC）。当患者的血管图像分辨率和信噪比 （SNR） 较低时，建议使用 MC。连接到导管导线尖端的基于导管的小型 MC 天线可提供血管和周围组织的 MR 图像。可以使用血管通路手术将 MC 天线植入目标区域。

2、增益和效率增强技术

由于尺寸小和有损耗的组织操作环境，可植入和可摄入天线的增益和效率很小。Friis方程表明，增益的提高增强了无线通信链路。然而，只有少数研究采用了技术来提高可植入和可摄入天线的增益和效率。现在已经将超材料的应用扩展到可植入天线。Zada等人和Samanta和Mitra在天线上加载了双正（具有正有效介电常数和磁导率）超材料，以提高增益和效率。

3、植入式多输入多输出天线

由于使用较低的频率，可用带宽较窄，与单输入单输出天线集成的当前IWMD的数据速率和频谱效率较低。作为一种解决方案，引入了多输入多输出（MIMO）天线，以提高信道容量并满足现代IWMD的数据速率要求。

4、植入式多路复用器天线

无线多任务处理，如全双工遥测、同时数据遥测和无线电池充电，需要位于可植入和可摄入天线后面的额外多路复用器电路。然而，这些多路复用器具有复杂的功能，并以使设备变重和需要更多功耗为代价，给设备增加了额外的电路负担。多路复用器天线可以显著简化IWMD的电路和功能，并通过降低功耗延长其寿命。

5、智能支架天线

有效监测腹主动脉瘤患者和共享包含某些生理指标信息的生物遥测数据是挽救生命的程序。具有天线特性的智能支架是血管内动脉瘤修复（EVAR）的有前景的候选者，也是向外部控制器传输遥测数据的天线。

植入式天线一直是研究的焦点，并且已经取得了进步以实现改进的性能。已经设计了精确的仿真和测量装置，以标准化这些天线的设计和实现。在类似设备的环境中设计天线可以最大限度地减少工程设计和实际应用之间的错误。此外，探索植入式设备的价值辅助技术（即圆极化、柔性基板和超表面）有可能提高性能和增加传输范围。此外，探索人体异质组织环境对不同天线的不规则影响可以克服植入式天线的敏感性因素。